Vitamin B12: Experimente zur Frage nach dem Ursprung seiner molekularen Struktur

Abstract

Die im Anschluß an die Arbeiten zur Synthese des Vitamins B12 begonnene Suche nach einer potentiell biomimetischen Dunkelvariante der photochemischen A/D‐Secocorrin → Corrin‐Cycloisomerisierung hat seinerzeit zur Auffindung einer ganzen Familie von (A→D)‐Cyclisierungsvarianten geführt; nach den heutigen Kenntnissen über den Verlauf der Vitamin‐B12‐Biosynthese kommt in der Tat einer dieser Varianten der Rang eines chemischen Modells der Reaktionsstufe zu, durch welche die Biosynthese den kritischen Schritt der Corrinbildung vollzieht. Durch diese chemischen Studien zum Problem der Vitamin‐B12‐Biosynthese ließ sich experimentell die Tatsache aufdecken, daß die für das Corrinsystem typische A/D‐Ringverknüpfung, welche zu Beginn der B12‐Arbeiten als die schwierigste Hürde einer chemischen Vitamin‐B12‐Synthese gegolten hatte, in Wahrheit ein Strukturelement ist, das sich unter strukturgerechten Voraussetzungen auf vielfältige Weise und mit großer Leichtigkeit bildet. Analoges gilt, wie nun neuere Folgeuntersuchungen zeigen, auch für andere spezifische Strukturelemente des Vitamin‐B12‐Moleküls; hierzu gehören die charakteristische Anordnung der Doppelbindungen im Corrinchromophor, die spezielle Größe des Makroringes des Corrinliganden, die spezifische Haftung des Nucleotidringes an der Propionsäure‐Seitenkette des Ringes D, sowie das (allerdings nicht nur für Vitamin B12, sondern für alle uroporphinoiden Cofaktoren charakteristische) Substitutionsmuster der Seitenketten an der Ligandperipherie. Alle diese zunächst komplex erscheinenden Strukturelemente erweisen sich unter strukturgerechten Voraussetzungen in überraschendem Ausmaß als selbstkonstituierend, das heißt sie benötigen zu ihrer Bildung ein im Hinblick auf ihre Komplexität und Spezifität erstaunlich geringes Maß an externer Instruktion. Wir betrachten diese Befunde als Stationen auf dem Wege zu einer chemischen Rationalisierung der Vitamin‐B12‐Struktur, deren Ziel wir darin sehen, das dem Strukturtyp des Vitamins B12 immanente Potential zur Selbstkonstituierung experimentell zu erfassen. Es ist dieses Potential einer Cofaktorstruktur, welches zusammen mit deren spezifischer Reaktivitätsveranlagung für das Faktum der biologischen Selektion dieser Struktur mitverantwortlich ist. Die chemische Rationalisierung von Biomolekülstrukturen ist eine Aufgabe der organischen Naturstoffchemie. Die Forschungsdisziplin der Naturstoffsynthese bietet problemgerechte konzeptuelle und methodische Mittel, um diese Aufgabe experimentell anzugehen.

B12‐retro‐Riboschalter: konstitutionelles Schalten von B12‐Coenzymen durch Nucleotide

“…[29] Corrinoide erweitern den Wirkungsbereich der Biokatalyse und sind entscheidend am Stoffwechsel von Archaea und anderen Mikroorganismen beteiligt. [30] Für die Corrin-Struktur wurde ein "präenzymatischer" Ursprung vorgeschlagen, [31] und Coenzym B 12 (oder ein einfacherer molekularer Vorfahr) könnte bei der Bildung von DNA durch die Reduktion von Ribonucleotiden eine tragende Rolle gespielt haben. [32] Die Reaktivität von Corrinoiden könnte daher in Zusammenhang mit einer frühen, RNA-basierten Lebensform gebracht werden.…”

Vitamin B12: A Methyl Group without a Job?

“…[2,3] B 12 has also become a prominent testing ground for thoughts on the evolution of the catalytic moieties of essential cofactors. [4] According to Eschenmoser, [5] the corresponding corrin ligand may represent a further evolved form of the hypothetical B 12 progenitor, "protocobyrinic acid". The attachment of methyl groups and the characteristic appendage of a nucleotide loop may have arisen from (nonenzymatic) adaptation and self-constitution, respectively.…”

Native Corrinoids fromClostridium cochleariumAre Adeninylcobamides: Spectroscopic Analysis and Identification of Pseudovitamin B12and Factor A

“…While the corrin moiety of the naturally occurring corrinoids is completely conserved structurally, a rationalized feature of (the catalytic moieties of) essential cofactors (24), the "complete" B 12 derivatives contain a remarkable variety of aromatic nucleotide functions: benzimidazoles (such as 5-methylbenzimidazole, 5,6-dimethylbenzimidazole [DMB], 5-hydroxybenzimidazole, and 5-methoxybenzimidazole), purine bases (such as adenine or 2-methyladenine) (see Fig. 1) or phenols (phenol and p-cresol) (29,43,61,67).…”